EP0067900B1 - Vorrichtung zur dosierten Diffusion von Gasen in Flüssigkeiten - Google Patents

Vorrichtung zur dosierten Diffusion von Gasen in Flüssigkeiten Download PDF

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EP0067900B1
EP0067900B1 EP19810104879 EP81104879A EP0067900B1 EP 0067900 B1 EP0067900 B1 EP 0067900B1 EP 19810104879 EP19810104879 EP 19810104879 EP 81104879 A EP81104879 A EP 81104879A EP 0067900 B1 EP0067900 B1 EP 0067900B1
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EP
European Patent Office
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pressure
diffuser
valve
region
gas
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EP19810104879
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EP0067900A1 (de
Inventor
Dieter Dorsch
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Grittmann Guenter
Original Assignee
Grittmann Guenter
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Publication date
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Application filed by Grittmann Guenter filed Critical Grittmann Guenter
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Priority to AT81104879T priority patent/ATE13636T1/de
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F35/71—Feed mechanisms
    • B01F35/717—Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer
    • B01F35/71805—Feed mechanisms characterised by the means for feeding the components to the mixer using valves, gates, orifices or openings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01K—ANIMAL HUSBANDRY; AVICULTURE; APICULTURE; PISCICULTURE; FISHING; REARING OR BREEDING ANIMALS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NEW BREEDS OF ANIMALS
    • A01K63/00—Receptacles for live fish, e.g. aquaria; Terraria
    • A01K63/04—Arrangements for treating water specially adapted to receptacles for live fish
    • A01K63/042—Introducing gases into the water, e.g. aerators, air pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B01F23/23105—Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312—Diffusers
    • B01F23/23122—Diffusers having elements opening under air pressure, e.g. valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/02—Aerobic processes
    • C02F3/12—Activated sludge processes
    • C02F3/20—Activated sludge processes using diffusers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the invention relates to a device for the metered diffusion of gases in liquids, consisting of a liquid-flushed diffuser which can be filled with gas via an inlet device and which can be filled with gas via an automatically regulating pressure control valve which is connected to the open area via a hose opposite neck of the diffuser provided connecting piece.
  • a known device for the diffusion of CO 2 in aquariums consists of a diffusion cylinder which is mounted on the inner wall of the aquarium by means of a suction cup system, for example two suction cups attached laterally in a vertical position.
  • the upper face of the diffusion cylinder is designed as a diffusion membrane, through which the gas dissolves directly into the water.
  • the membrane must be completely covered with water and preferably at a height of about 4 cm below the water level.
  • the diffusion cylinder is filled via a hose connector formed close to the membrane on the cylinder jacket. During the filling process, water standing in the diffusion cylinder is displaced by CO overpressure.
  • a bottom opening is provided in the end face opposite the membrane, through which water flows in at pressure equilibrium even during the gradual loss of diffusion at C0 2 .
  • the diffusion cylinder is made of glass or a transparent plastic to check the fill level. Filling is carried out in portions by hand using a control valve in which a CO 2 cartridge is housed. Such a diffusion cylinder must be filled with C0 2 manually at least once a day.
  • Such a diffusion device has a number of disadvantages.
  • the size of the diffusion membrane is determined by the design, so that the diffusion rate can only be adjusted to the actual CO2 requirements by a cumbersome parallel connection of several diffusion cylinders.
  • the adaptation to a changing CO 2 requirement requires complex and disruptive conversions in the aquarium.
  • the diffusion process is most effective at a high pressure which acts on the boundary layer between gas and liquid.
  • the diffusion membrane is close to the water surface, that is to say in the region of the lowest water pressure. Measurements on the known diffusion cylinder brought the surprising result that at least some of the CO 2 diffusion does not take place via the membrane, but rather via the pressure-stabilized gas-water interface at the bottom of the gas column.
  • the object of the invention is to provide a device of the type mentioned, which is handy and easy to use as well as easily adjustable and in which the diffusion rate varies over a wide range without modifications and can thus be dynamically adapted to meet growing needs.
  • a device of the type mentioned at the outset which is characterized in that the pressure control valve is blocked on the inlet pressure side by a small valve which is provided with a tappet by a pressure spring-loaded spring loaded by the regulating pressure and an adjustable preload and axially movable against a sealing ring Valve head can be actuated, wherein at the end of the tappet opposite the valve head there is a pressure mushroom which can be moved axially and which rests on an elastic, disc-shaped membrane which seals the control pressure range of the pressure control valve.
  • the device according to the invention is dispensed with on a costly diffusion membrane, which is also constantly subject to the risk of clogging by suspended particles and plant growth in the biologically active environment of an aquarium and must be cleaned regularly.
  • the shape of the diffuser according to the invention makes it possible to determine the size of the effective diffusion interface between gas and liquid by specifying an average control gas pressure. It can therefore be set by preselecting an average gas pressure and the gas pressure can be stabilized automatically by means of a pressure control or pressure reducing valve around the preselected average value. Depending on the desired setting range, the shape of the diffuser can vary within wide limits. After the setting has been made, the desired pressure is kept constant over a long period of time with small control fluctuations.
  • the diffuser designed in this way can be placed on the bottom of an aquarium in such a way that the gas outlet opening is close to the bottom. This has the advantage that the C0 2 is supplied in the root area of the plants, which has a favorable effect on growth.
  • the diffuser 1 is a hollow body which is open in its lower region. Its shape depends on the desired change in the effective diffusion interface with the set control gas pressure.
  • FIG. 1 shows an embodiment with a conically widening contour, in which an increase in the control pressure is accompanied by an increase in the diffusion interface.
  • the diffuser 1 is preferably set up on the bottom of a liquid container, for example an aquarium (not shown).
  • a cylindrical edge piece 3 is formed on the conical part 2 of the diffuser 1 and is pierced with large-area recesses 4.
  • the interior of the diffuser 1 communicates with the surrounding liquid via these recesses 4.
  • the upper edge 5 of the recesses 4 limits the maximum fill level of the diffuser 1 with gas.
  • the lateral surface of the edge piece 3 between the recesses forms a row of feet 6, which ensures a sufficient distance * between the bottom of the liquid container (not shown) and the line of maximum fill level in the diffuser 1 and thus an unimpeded liquid exchange.
  • notches, support cams, etc. can also be provided on the lower edge of the diffuser 1 (not shown).
  • the fixation or anchoring of the diffuser 1 on the bottom of the container is facilitated for applications in aquaristics by the conical shape shown.
  • the diffuser 1 can thus be easily tilted between the side stones and thereby concealed.
  • the edge piece 3 of the diffuser 1 near the ground can be provided with a circumferential or interrupted flange-like projection 7.
  • further projections 7 ′ can be formed on the outer jacket of the diffuser 1 and the top of the diffuser 1 can be designed as a support surface, for example in the form of a support plate 8.
  • the underside of the diffuser 1 is closed with a detachably inserted or glued-in cover 8 ′, so that weighting material can also be introduced into the interior of the diffuser 1.
  • the diffuser 1 On the top of the diffuser 1, an extension piece 9 is formed, which mediates the gas entry into the interior of the diffuser 1.
  • a hose (not shown) leading to the discharge side of the pressure control valve is pushed onto the connecting piece 9.
  • the diffuser 1 is preferably made in one piece from glass or a transparent or translucent plastic.
  • the functional parts of the pressure control valve 10 are mounted in a housing 11.
  • This is an open-ended, axially symmetrical molded part with a continuous, diameter-stepped axial bore 12.
  • the housing 11 consists of a wide base cylinder 13 and a conically tapered section 14 formed thereon, which in turn is in a cylindrical housing extension 15 with a comparatively small diameter transforms.
  • the axial bore 12 in the housing extension 15 is narrowed to approximately half the height by a radial constriction 16 which divides the interior of the housing extension 15 into two approximately equally large chambers 17 and 18.
  • the outer chamber 17 assigned to the free end of the housing extension 15 receives a spring-loaded small valve 19 and is acted upon by the gas pressure on the inlet side.
  • the inner chamber 18, belongs to the control pressure range of the pressure control valve 10. The control movement of all components of this pressure control valve 10 takes place in the axial direction of the housing 11.
  • the small valve 19 consists of an axially perforated sleeve 20 which is open on both sides and which can be inserted coaxially into the outer chamber 17 of the housing extension 15.
  • the sleeve 20 lies with a flange 21 projecting radially outwards sealingly on the end face of the housing extension 15.
  • a round cord ring 22, which is pushed onto the sleeve 20 against the flange 21 and serves as a seal, which is in a conical phase at the end of the axial bore 12 of the housing 11 is pressed.
  • the contact pressure is conveyed by a union nut 23 which slides on the back of the flange 21 and which is screwed onto an external thread on the housing extension 15.
  • an extension piece 24 is integrally formed on the sleeve 20, which projects beyond the union nut 23 when the sleeve 20 is mounted and allows a hose (not shown) leading to the pressure source, for example a CO 2 cartridge, to be pushed on.
  • the clear width of the neck piece 24 is narrowed relative to the sleeve 20.
  • the constriction point 25 forms the abutment for a compression spring 26 arranged in the interior of the sleeve 20.
  • This compression spring 26 works against a valve head 27 which is guided in the interior of the sleeve 20 and is axially movably mounted.
  • the axial play is limited by a step 28 in the wall of the sleeve 20.
  • the compression spring 26 is pushed onto a pin 29 molded onto the valve head 27. Due to the prestressing of the compression spring 26, the valve head 27 lies sealingly against a sealing ring 30. The inlet pressure range of the pressure control valve is shut off against the control pressure part.
  • the sealing ring 30 is mounted in a sealing seat on the constriction 16, which separates the chambers 17, 18 of the housing extension 15. The inner dimension of the sealing ring 30 corresponds approximately to the clear way of the constriction 16.
  • the valve head 27 is lifted out of its sealing position by the control pressure side of the pressure control valve.
  • a pressure mushroom 31 is used, the cylindrical shaft of which slides axially in the inner chamber 18 of the housing extension 15.
  • a plunger 32 is arranged on the end face of the shaft, which extends through the constriction 16 of the housing extension 15 and the central opening of the sealing ring 30 resting thereon.
  • the plunger 32 works against the valve head 27, against which it lies loosely.
  • the pressure mushroom 31 lies loosely on an elastic membrane 35, which seals the control pressure part of the pressure regulator 10 in a sealing manner.
  • the membrane 35 consists of a round membrane disk which is held on its peripheral edge from one side by a shoulder 36 on the inner wall of the housing 11 and from the other side by a retaining ring 37.
  • the membrane 35 forms the base of the conical housing section 14 and lies approximately flat in the closed position of the small valve 19.
  • the pressure plate 33 of the pressure mushroom 31 covers the central region of the membrane 35 and is movable in the axial direction inside the membrane-limited conical housing section. The movement of the pressure mushroom 31 corresponds at least to the switching stroke of the small valve 19.
  • the membrane 35 is mounted pressure-tight between the retaining ring 37 and the housing 11.
  • the retaining ring 37 is a fitting part corresponding to the inner dimension of the base cylinder 13. It is inserted from the side of the housing 11 opposite the housing extension 15 coaxially into the base cylinder 13, pressed against the elastic membrane 35 and locked in the sealing position by one or more self-tapping screws 38.
  • the outside air side of the membrane 35 is loaded by a piston 39, which covers almost the entire surface of the membrane 35 except for a free area near the edge.
  • the piston 39 is spring-loaded and movably mounted in the axial direction.
  • an intermediate base 40 which is offset from the bottom inwards relative to the contact surface of the pressure control valve 10, is drawn into the retaining ring 37.
  • This intermediate floor 40 is provided with a central, axial threaded bore 41, into which an adjusting bush 42 is screwed.
  • the piston rod 43 of the piston 39 loading the membrane 35 is held and guided with axial sliding play.
  • An axial blind bore 44 is provided in the piston rod 43, into which a compression spring 45 is inserted, which acts against the bottom of the adjusting bush 42.
  • the screw-in depth of the adjusting sleeve 42 thus determines the force with which the piston 39 presses against the membrane 35.
  • the chamber 46 formed by the jacket and the intermediate floor 40 of the retaining ring 37 and the membrane 35 is connected to the outside air by the threads of the adjusting bush 42. This ensures sufficient pressure equalization.
  • a gas outlet is arranged on the side of the housing 11 of the pressure control valve 10.
  • a bore 47 is made through the wall of the housing 11 and meets the control pressure range of the valve.
  • a hose connector 48 is inserted from the outside into the bore 47, the wall of which has a circumferential circular groove in the lower region for receiving a sealing ring 49 and a retaining collar 50 in the upper region.
  • the hose connector 48 is inserted sealingly into the bore 47 and locked on the holding collar 50 with a self-tapping screw 51 against the housing 11.
  • the end of the hose connector 48 which is expanded to form a hose olive is provided with a thread into which a reducing screw 52 is screwed from the outside.
  • the gas flow essentially exits through the threads of the reducing screw 52 and is therefore severely throttled.
  • the reducing screw 52 can, depending on the requirements, be provided with one or more milled grooves perpendicular to the threads and accordingly offer a lower flow resistance.
  • the function of the pressure control valve 10 according to the invention is characterized by an equilibrium of forces on the valve head 27 which has to be lifted out of its sealing seat against the pressure prevailing on the gas inlet side and the pretension of the compression spring 26.
  • the area of the valve head 27 which is pressurized on the inlet side must be minimal and the actuation of the valve head 27 must be carried out with as little friction as possible.
  • the required actuation force will transferred from the spring-loaded piston 39 via the elastic membrane 35 to the pressure mushroom 31, which acts on the valve head 27 with the plunger 32.
  • the pressure control valve according to the invention is designed for an inlet pressure between 100 millibars and 2 bar.
  • the gas is supplied to the pressure control valve via a hose connector.
  • pressure regulators, reducing valves and / or expansion chambers which are separately connected upstream of the pressure control valve can of course also be connected in one piece to the pressure control valve.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur dosierten Diffusion von Gasen in Flüssigkeiten, bestehend aus einem über eine Einlassvorrichtung mit Gas befüllbaren, flüssigkeitsumspülten Diffusor, der über ein selbsttätig regelndes Druckregelventil mit Gas befüllbar ist, das über einen Schlauch mit einem an dem dem offenen Bereich gegenüberliegenden Bereich des Diffusors vorgesehenen Ansatzstutzen verbunden ist.
  • Aus der US-A-2 738 613 und der US-A-4129 095 sind Vorrichtungen zum Belüften von Wasser in Behältern bekannt, in dem Lebewesen, wie Fischköder oder Fische, gehalten werden. Es wird hier vorgeschlagen, über eine Einlassvorrichtung Luft in einen flüssigkeitsumspülten Diffusor zu leiten, bzw. einen Flüssigkeitsbehälter über einen selbsttätig regelnden Druckregler mit Luft zu befüllen.
  • In der Aquaristik stellt sich vor allem das Problem einer dosierten Anreicherung des Aquariumwassers mit Kohlendioxid (COz). Neben einer Funktion als Pflanzennährstoff wirkt Kohlendioxid im Aquariumwasser als chemische Gleichgewichtskomponente im Bikarbonat-Kohlensäuresystem, dessen optimmale Einstellung für den Biotop des Aquariums von grosser Bedeutung ist. Der Bedarf an freiem Kohlendioxid richtet sich nach dem Wasservolumen des Aquariums und dem Besatz mit Pflanzenmasse, Art und Stärke der den Assimilationsvorgang beeinflussenden Beleuchtung sowie dem natürlichen Anteil an chemischer Gleichgewichtskohlensäure (Karbonathärte). Die Einstellung der CO2-Zufuhr kann durch Messen des Wasser-pH-Wertes kontrolliert werden.
  • Eine bekannte Vorrichtung zur Diffusion von CO2 in Aquarien besteht aus einem Diffusionszylinder, der vermittels eines Saugnapfsystems, beispielsweise zwei seitlich angesetzte Saugnäpfe in vertikaler Stellung, an die Innenwand des Aquariums montiert wird. Die obere Stirnfläche des Diffusionszylinders ist als Diffusionsmembran ausgelegt, über die sich das Gas direkt in das Wasser löst. Die Membran muss dazu vollständig mit Wasser bedeckt sein und vorzugsweise in einer Höhe von etwa 4 cm unterhalb des Wasserspiegels liegen. Der Diffusionszylinder wird über einen nahe der Membran am Zylindermantel angeformten Schlauchstutzen befüllt. Während des Füllvorgangs wird in dem Diffusionszylinder stehendes Wasser durch C0rÜberdruck verdrängt. Dazu ist in der der Membran gegenüberliegenden Stirnfläche eine Bodenöffnung vorgesehen, durch die auch während des allmählichen Diffusionsverlustes an C02 im Druckgleichgewicht Wasser nachströmt. Zur Kontrolle des Füllstands ist der Diffusionszylinder aus Glas oder einem durchsichtigen Kunststoff ausgelegt. Die Befüllung erfolgt durch ein Regelventil, in dem eine CO2-Patrone untergebracht ist, portionsweise von Hand. Ein solcher Diffusionszylinder muss wenigstens einmal täglich manuell mit C02 aufgefüllt werden.
  • Eine derartige Diffusionseinrichtung weist eine Reihe von Nachteilen auf. Einmal ist die Grösse der Diffusionsmembran konstruktionsbedingt vorgegeben, so dass sich die Diffusionsrate nur durch eine umständliche Parallelschaltung mehrerer Diffusionszylinder dem tatsächlichen CO2-Bedarf anpassen lässt. Die Anpassung an einen sich ändernden CO2-Bedarf erfordert aufwendige und störende Umbauten im Aquarium. Des weiteren ist nach den Erkenntnissen der vorliegenden Erfindung der Diffusionsvorgang bei einem hohen, auf der Grenzschicht zwischen Gas und Flüssigkeit lastenden Druck am wirkungsvollsten. Bei der bekannten Ausführungsform liegt aber die Diffusionsmembran nahe der Wasseroberfläche, also gerade im Bereich niedrigsten Wasserdrucks. Messungen am bekannten Diffusionszylinder brachten das überraschende Ergebnis, dass wenigstens ein Teil der CO2-Diffusion nicht über die Membran, sondern über die druckstabilisierte Gas-Wasser- grenzschicht am Boden der Gassäule erfolgt. Die manuelle Füllung der Diffusionseinrichtung nach dem Stand der Technick erfordert schließlich regelmässig die Aufmerksamkeit -einer Bedienungsperson. Ein derartiger Aufwand ist aber für kommerzielle Zuchtaquarien sowie für Dekorationsaquarien in Geschäftsräumen und Restaurants kaum zumutbar. Die Befüllung des Diffusionszylinders von Hand wird stets mit extremen Schwankungen im Füllstand sowie gelegentlichen Unregelmässigkeiten einhergehen, die sich auf die Konstanz der CO2-Diffusionsrate nachteilig auswirken.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die handlich und leicht bedienbar sowie leicht einstellbar ist und bei der die Diffusionsrate ohne Umbauten über einen weiten Bereich variiert und damit wachseinden Bedürfnissen dynamisch angepasst werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Druckregelventil eingangsdruckseitig von einem Kleinventil gesperrt wird, das durch ein vom Regeldruck und einer einstellbaren Vorspannung beaufschlagten, druckfederbelasteten, gegen einen Dichtring axial bewegbaren, mit einem Stössel versehenen Ventilkopf betätigbar ist, wobei an dem dem Ventilkopf gegenüberliegenden Ende des Stössels ein mit diesem axial bewegbarer Druckpilz angeordnet ist, der auf einer elastischen, scheibenförmigen Membran aufliegt, die den Regeldruckbereich des Druckregelventils dichtend abschliesst.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind durch die in den Unteransprüchen niedergelegten Merkmale gekennzeichnet.
  • Die erfindungsgemässe Vorrichtung verzichtet auf eine kostenaufwendige Diffusionsmembran, die zudem in der biologisch aktiven Umgebung eines Aquariums ständig der Gefahr des Zusetzens durch Schwebeteilchen und Pflanzenwuchs unterliegt und regelmässig gereinigt werden muss. Die erfindungsgemässe Formgebung des Diffusors gestattet es, die Grösse der wirksamen Diffusionsgrenzfläche zwischen Gas und Flüssigkeit durch Vorgabe eines mittleren Regelgasdrucks festzulegen. Sie ist also durch Vorwahl eines mittleren Gasdruckes einstellbar und der Gasdruck ist durch ein Druckregel- bzw. Druckminderventil um den vorgewählten Mittelwert selbsttätig stabilisierbar. Entsprechend dem gewünschten Stellbereich kann die Form des Diffusors dazu in weiten Grenzen variieren. Nach erfolgter Einstellung wird der gewünschte Druck mit geringen Regelausschlägen über lange Zeit konstant gehalten. Die erfindungsgemässe Automatik zum Selbstbefüllen des Diffusors gestattet erstmals eine Druckregelung mit einem Schalthub von ± 10 Millibar. Der so gestaltete Diffusor kann auf den Boden eines Aquariums gestellt werden, derart, dass die Gasaustrittsöffnung in Bodennähe liegt. Dies hat den Vorteil, dass das C02 im Wurzelbereich der gesetzten Pflanzen zugeführt wird, was sich günstig auf das Wachstum auswirkt.
  • Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen :
    • Figur 1 eine seitliche Schnittansicht eines erfindungsgemässen Diffusors ; und
    • Figur 2 eine vergrösserte Schnittansicht in axialer Richtung eines besonders vorteilhaften Druckregelventils, das dem Diffusor vorgeschaltet ist.
  • Der Diffusor 1 ist ein in seinem unteren Bereich offener Hohlkörper. Seine Formgebung richtet sich im einzelnen nach der gewünschten Veränderung der wirksamen Diffusionsgrenzfläche mit dem eingestellten Regelgasdruck. Fig. zeigt eine Ausführungsform mit einer konisch sich nach unten weitenden Kontur, bei dem also eine Erhöhung des Regeldrucks mit einer Vergrösserung der Diffusionsgrenzfläche einhergeht. Der Diffusor 1 wird vorzugsweise auf dem Boden eines Flüssigkeitsbehälters, beispielsweise eines Aquariums (nicht dargestellt) aufgestellt.
  • In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dazu an den konischen Teil 2 des Diffusors 1 ein zylindrisches Randstück 3 angeformt, das mit grossflächigen Ausnehmungen 4 durchbrochen ist. Über diese Ausnehmungen 4 kommuniziert das Innere des Diffusors 1 mit der umgebenden Flüssigkeit. Die Oberkante 5 der Ausnehmungen 4 begrenzt den maximalen Füllstand des Diffusors 1 mit Gas. Die Mantelfläche des Randstücks 3 zwischen den Ausnehmungen bildet eine Reihe von Füssen 6, die einen hinreichenden Abstand* zwischen dem Boden des Flüssigkeitsbehälters (nicht dargestellt) und der Linie maximalen Füllstands in dem Diffusor 1 und damit einen ungehinderten Flüssigkeitsaustausch gewährleistet. Anstelle der Ausnehmungen 4 im zylindrischen Randstück 3 können am Unterrand des Diffusors 1 auch Einkerbungen, Auflagenocken usw. vorgesehen sein (nicht dargestellt).
  • Die Fixierung bzw. Verankerung des Diffusors 1 auf dem Boden des Behälters wird für Anwendungen in der Aquaristik durch die dargestellte konische Formgebung erleichtert. Der Diffusor 1 kann so in einfacher Weise zwischen seitlich angelegte Steine verkantet und dadurch zugleich kaschiert werden. Zur Auflage von beschwerendem Material kann das bodennahe Randstück 3 des Diffusors 1 mit einer umlaufenden oder unterbrochenen flanschartigen Auskragung 7 versehen sein. Alternativ oder zusätzlich können am Aussenmantel des Diffusors 1 weitere Auskragungen 7' ausgeformt werden und die Oberseite des Diffusors 1 als Auflagefläche, beispielsweise in Form eines Auflagetellers 8 ausgestaltet sein. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der Diffusor 1 an seiner Unterseite mit einem lösbar eingesetzten oder eingeklebten Deckel 8' verschlossen, so dass beschwerendes Material auch in das Innere des Diffusors 1 eingebracht werden kann.
  • An der Oberseite des Diffusors 1 ist ein Ansatzstutzen 9 angeformt, der den Gaseintritt in das Innere des Diffusors 1 vermittelt. Auf den Ansatzstutzen 9 wird ein zur Ausstosseite des Druckregelventils führender Schlauch (nicht dargestellt) aufgeschoben. Der Diffusor 1 ist vorzugsweise einstückig aus Glas oder einem durchsichtigen bzw. durchscheinenden Kunststoff hergestellt.
  • Die Funktionsteile des Druckregelventils 10 (Fig. 2) sind in ein Gehäuse 11 montiert. Dieses ist ein stirnseitig offenes, axialsymmetrisches Formteil mit einer durchgehenden, im Durchmesser gestuften Axialbohrung 12. Das Gehäuse 11 besteht aus einem weit ausgelegten Basiszylinder 13 und einem daran angeformten, konisch sich verjüngenden Abschnitt 14, der seinerseits in einen zylindrischen Gehäuseansatz 15 mit vergleichsweise geringem Durchmesser übergeht. Die Axialbohrung 12 im Gehäuseansatz 15 ist in etwa halber Höhe durch eine radiale Einschnürung 16 verengt, die das Innere des Gehäuseansatzes 15 in zwei annähernd gleichgrosse Kammern 17 und 18 teilt. Die dem freien Ende des Gehäuseansatzes 15 zugeordnete äußere Kammer 17 nimmt ein federbelastetes Kleinventil 19 auf und ist mit dem eingangsseitigen Gasdruck beaufschlagt. Die innere Kammer 18 gehört hingegen zum Regeldruckbereich des Druckregelventils 10. Die Steuerbewegung aller Komponenten dieses Druckregelventils 10 erfolgt in Axialrichtung des Gehäuses 11.
  • Das Kleinventil 19 besteht aus einer beidseitig offenen, axial durchbohrten Hülse 20, die koaxial passend in die äussere Kammer 17 des Gehäuseansatzes 15 einsetzbar ist. Die Hülse 20 liegt mit einem radial nach aussen abstehenden Flansch 21 dichtend auf der Stirnseite des Gehäuseansatzes 15 auf. Als Dichtung dient ein auf die Hülse 20 gegen den Flansch 21 aufgeschobener Rundschnurring 22, der in eine konische Phase am Ende der Axialbohrung 12 des Gehäuses 11 gepresst wird. Den Anpressdruck vermittelt eine auf der Rückseite des Flansches 21 gleitend anliegende Überwurfmutter 23, die auf ein Aussengewinde am Gehäuseansatz 15 aufgeschraubt wird.
  • In axialer Verlängerung ist einstückig an die Hülse 20 ein Ansatzstutzen 24 angeformt, der bei montierter Hülse 20 über die Überwurfmutter 23 hinausragt und das Aufschieben eines zur Druckquelle, beispielsweise einer CO2-Patrone, führenden Schlauches (nicht dargestellt) gestattet. Die lichte Weite des Ansatzstutzens 24 ist gegenüber der Hülse 20 verengt. Die Verengungsstelle 25 bildet das Widerlager für eine im Inneren der Hülse 20 angeordnete Druckfeder 26. Diese Druckfeder 26 arbeitet gegen einen Ventilkopf 27, der im Inneren der Hülse 20 geführt und axial beweglich gelagert ist. Das axiale Bewegungsspiel ist dabei durch eine Stufe 28 in der Wandung der Hülse 20 begrenzt. Die Druckfeder 26 ist auf einen an den Ventilkopf 27 angeformten Zapfen 29 aufgeschoben. Durch die Vorspannung der Druckfeder 26 liegt der Ventilkopf 27 dichtend an einem Dichtring 30 an. Der Eingangsdruckbereich des Druckregelventils wird dadurch gegen den Regeldruckteil abgesperrt. Der Dichtring 30 ist in einem Dichtsitz auf der Einschnürung 16 gelagert, die die Kammern 17, 18 des Gehäuseansatzes 15 trennt. Das Innenmass des Dichtringes 30 entspricht dabei in etwa der lichten Weise der Einschnürung 16.
  • Der Ventilkopf 27 wird von der Regeldruckseite des Druckregelventils aus seiner Dichtstellung ausgehoben. Dazu dient ein Druckpilz 31, dessen zylindrischer Schaft axial in der inneren Kammer 18 des Gehäuseansatzes 15 gleitet. Auf der Stirnfläche des Schaftes ist ein Stössel 32 angeordnet, der durch die Einschnürung 16 des Gehäuseansatzes 15 und die mittige Öffnung des darauf aufliegenden Dichtringes 30 durchgreift. Der Stössel 32 wirkt arbeitsmässig gegen den Ventilkopf 27, an dem er lose anliegt. Der Druckpilz 31 liegt lose auf einer elastischen Membran 35 auf, die den Regeldruckteil des Druckregeiventiis 10 dichtend abschließt. Die Membran 35 besteht aus einer runden Membranscheibe, die an ihrem Umfangsrand von der einen Seite durch eine Schulter 36 an der Innenwand des Gehäuses 11 und von der anderen Seite durch einen Haltering 37 gehalten wird. Die Membran 35 bildet die Basis des konischen Gehäuseabschnitts 14 und liegt in der Schließstellung des Kleinventils 19 etwa eben. Die Druckplatte 33 des Druckpilzes 31 bedeckt den Mittelbereich der Membran 35 und ist im Inneren des membranbegrenzten konischen Gehäuseabschnitts in axialer Richtung beweglich. Das Bewegungsspiel des Druckpilzes 31 entspricht dabei wenigstens dem Schalthub des Kleinventils 19.
  • Die Membran 35 ist zwischen Haltering 37 und Gehäuse 11 druckdicht gelagert. Der Haltering 37 ist ein dem Innenmass des Basiszylinders 13 entsprechendes Passteil. Er wird von der dem Gehäuseansatz 15 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 11 koaxial in den Basiszylinder 13 eingesetzt, gegen die elastische Membran 35 gepresst und durch eine oder mehrere Blechschrauben 38 in der Dichtstellung arretiert.
  • Die Aussenluftseite der Membran 35 ist durch einen Kolben 39 belastet, der bis auf einen freien randnahen Bereich annähernd die gesamte Fläche der Membran 35 bedeckt. Der Kolben 39 ist federbelastet und in axialer Richtung beweglich gelagert. Zu diesem Zweck ist in den Haltering 37 ein relativ zu der Auflagefläche des Druckregelventils 10 von unten aus nach innen versetzter Zwischenboden 40 eingezogen. Dieser Zwischenboden 40 ist mit einer mittigen, axialen Gewindebohrung 41 versehen, in die eine Stellbüchse 42 eingeschraubt ist. In der Stellbüchse 42 ist die Kolbenstange 43 des die Membran 35 belastenden Kolbens 39 mit axialem Gleitspiel gehaltert und geführt. In der Kolbenstange 43 ist eine axiale Sackbohrung 44 vorgesehen, in die eine Druckfeder 45 eingesetzt ist, die gegen den Boden der Stellbüchse 42 wirkt. Die Einschraubtiefe der Stellbüchse 42 bestimmt somit die Kraft, mit der der Kolben 39 gegen die Membran 35 drückt.
  • Die von dem Mantel und dem Zwischenboden 40 des Halteringes 37 sowie der Membran 35 gebildete Kammer 46 ist durch die Gewindegänge der Stellbüchse 42 mit der Aussenluft verbunden. Der Druckausgleich ist dadurch in hinreichender Weise gewährleistet.
  • Seitlich am Gehäuse 11 des Druckregelventils 10 ist schließlich ein Gasauslass angeordnet. In der dargestellten Ausführungsform ist dazu durch die Wand des Gehäuses 11 eine Bohrung 47 geführt, die den Regeldruckbereich des Ventils trifft. In die Bohrung 47 ist von aussen ein Schlauchstutzen 48 eingefügt, dessen Wandung im unteren Bereich eine umlaufende Rundnut zur Aufnahme eines Dichtringes 49 sowie im oberen Bereich einen Haltekragen 50 aufweist. Der Schlauchstutzen 48 ist dichtend in die Bohrung 47 eingeschoben und an dem Haltekragen 50 mit einer Blechschraube 51 gegen das Gehäuse 11 arretiert. Das zu einer Schlaucholive erweiterte Ende des Schlauchstutzens 48 ist mit einem Gewinde versehen, in das von aussen eine Reduzierschraube 52 eingeschraubt ist. Der Gasstrom tritt im wesentlichen durch die Gewindegänge der Reduzierschraube 52 aus und ist dadurch stark gedrosselt. Die Reduzierschraube 52 kann entsprechend den Erfordernissen mit einer oder mehreren Einfräsungen senkrecht zu den Gewindegängen versehen sein, und demgemäss einen geringeren Strömungswiderstand bieten.
  • Die Funktion des erfindungsgemässen Druckregelventils 10 ist gekennzeichnet durch ein Kräftegleichgewicht am Ventilkopf 27, der gegen den auf der Gaseinlaßseite herrschenden Druck und die Vorspannung der Druckfeder 26 aus seinem Dichtsitz ausgehoben werden muss. Im Interesse einer geringen Betätigungskraft muss dazu die einlasseitig druckbeaufschlagte Fläche des Ventilkopfes 27 minimal sein und die Betätigung des Ventilkopfes 27 möglichst reibungsarm erfolgen. Die erforderliche Betätigungskraft wird von dem federbelasteten Kolben 39 über die elastische Membran 35 auf den Druckpilz 31 übertragen, der mit dem Stössel 32 auf den Ventilkopf 27 wirkt. Bis zum Absinken des Regeldrucks unter einen durch die Federvorspannung des Kolbens 39 bestimmten Sollwert wird diese Betätigungskraft durch den auf die grossflächige Membran 35 wirkenden Regeldruck kompensiert und der Ventilkopf 27 bleibt in der Dichtstellung. Der Sollwert wird an der Stellbüchse 42 vorgewählt. Nach erfolgtem Abheben des Ventilkopfes 27 muss sich im Regeldruckbereich eine hinreichende Druckerhöhung ergeben, um den Gaseinlass erneut zu schliessen. Zu diesem Zweck wird das Ausströmen des Gases aus dem Regeldruckbereich durch eine starke Drosselung verhindert.
  • Durch die Möglichkeit der Druckregelung im Niederdruckbereich mit Toleranzen von etwa ± 10 millibar ist eine präzise Füllstandsregelung des erfindungsgemässen Diffusors gegeben. Erfindungswesentliche Konstruktionsmerkmale des Druckregelventils sind dabei die Verwendung eines reibungsarmen Kleinventils auf der Gaseinlaßseite, einer grossflächigen, elastischen Membran im Regeldruckbereich sowie die starke Reduzierung des Gasstromes im Auslass.
  • Das erfindungsgemässe Druckregelventil ist für einen Eingangsdruck zwischen 100 millibar und 2 bar ausgelegt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Gas dem Druckregelventil über einen Schlauchstutzen zugeführt. Gegebenenfalls erforderliche, dem Druckregelventil separat vorgeschaltete Druckminderer, Reduzierventile und/oder Expansionskammern (alle nicht dargestellt) können selbstverständlich auch einstückig mit dem Druckregelventil verbunden sein.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur dosierten Diffusion von Gasen in Flüssigkeiten, bestehend aus einem über eine Einlassvorrichtung mit Gas befüllbaren, flüssigkeitsumspülten, in seinem unteren Bereich offenen Diffusor (1), der über ein selbsttätig regelndes Druckregeiventii (10) mit Gas befüllbar ist, das über einen Schlauch mit einem an dem dem offenen Bereich gegenüberliegenden Bereich des Diffusors (1) vorgesehenen Ansatzstutzen (9) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckregelventil (10) eingangsdruckseitig von einem Kleinventil (19) gesperrt wird, das durch ein vom Regeldruck und einer einstellbaren Vorspannung beaufschlagten, druckfederbelasteten, gegen einen Dichtring '(30) axial bewegbaren, mit einem Stössel (32) versehenen Ventilkopf (27) betätigbar ist, wobei an dem dem Ventilkopf (27) gegenüberliegenden Ende des Stössels (32) ein mit diesem axial bewegbarer Druckpilz (31) angeordnet ist, der auf einer elastischen, scheibenförmigen Membran (35) aufliegt, die den Regeldruckbereich des Druckregelventils (10) dichtend abschliesst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Druckpilz gegenüberliegende Seite der Membran (35) durch einen axial bewegbaren Kolben (39) mit definierter Kraft beaufschlagbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkopf (27), der Druckpilz (31) und der Kolben (39) in der Achsenrichtung eines das Druckregelventil (10) umschliessenden Gehäuses (11) beweglich geführt sind und die Membran (35) an ihrem Umfangsrand in einer Schulter (36) an der Innenwand des Gehäuses (11) gehaltert ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (35) durch einen in das Gehäuse (11) einsetzbaren Haltering (37) dichtend gegen die Schulter (36) gepresst wird und in dem Haltering (37) ein Zwischenboden (40) mit einer mittigen Gewindebohrung (41) eingezogen ist, in die eine SteIlbüchse (42) einschraubbar ist, die das Widerlager für eine Kolbenstange (43) des die Membran (35) belastenden Kolbens (39) bildet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (43) in der Stellbüchse (42) mit axialem Bewegungsspiel gehaltert ist und eine Sackbohrung (44) aufweist, in die eine gegen die Stellbüchse (42) wirkende Druckfeder (45) eingesetzt ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Wand des Gehäuses (11) ein mit dem Regeldruckbereich des Druckregelventils (10) kommunizierender Gasauslass mit einem Schlauchstutzen (48) vorgesehen ist, auf den ein zu dem Ansatzstutzen (9) des Diffusors (1) führender Schlauch aufschiebbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schlauchstutzen (48) ein Gewinde vorgesehen ist, in das eine den Gasstrom stark drosselnde Reduzierschraube (52) einschraubbar ist.
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